Comment la lumière transporte votre appel dans la fibre optique

Un appel téléphonique ordinaire en demande 64 000 par seconde dans chaque sens : 8 000 mesures par seconde, chacune écrite sur 8 bits. Un bit, c'est un 1 ou un 0.

Quand votre appel arrive à la fibre, il n'est plus fait que de nombres.

Sources: ITU-T G.711: pulse code modulation of voice frequencies (1988)

Non. C'est de la lumière infrarouge, d'une longueur d'onde d'environ 1,55 micromètre, plus longue que celle du rouge que l'œil perçoit. Le verre perd le moins de lumière à cette longueur d'onde, et c'est pour cela que les longues liaisons l'utilisent.

Le dessin donne à chaque longueur d'onde sa propre couleur, pour que vous puissiez les distinguer. La lumière de votre appel est violette.

En 1988, les lasers de TAT-8, le premier câble à fibre optique à traverser l'Atlantique, envoyaient 280 millions de 1 et de 0 par seconde, à une longueur d'onde de 1,3 micromètre.

Sources: Nobel Prize: popular information, the physics prize (2009); Nobel Prize: scientific background, the physics prize (2009); IEEE: Milestone, TAT-8, the first fibre-optic cable across an ocean (2016)

L'UIT, l'agence des Nations unies pour les télécommunications, place les couleurs sur une grille autour de 193,1 térahertz, soit une longueur d'onde d'environ 1 552,5 nanomètres. Avec 50 gigahertz d'écart entre deux couleurs, la bande où le verre perd le moins, de 1 530 à 1 565 nanomètres, en contient environ 80. Le dessin en montre sept.

En 1988, une fibre portait une seule couleur. Tous les appels qui l'empruntaient passaient à tour de rôle, quelques 1 et 0 à la fois.

Sources: ITU-T G.694.1: spectral grids for WDM applications (2020); ITU-T G.652: single-mode optical fibre and cable (2024)

On observe le même effet sous l'eau. La lumière qui passe de l'eau à l'air sous un angle rasant ne sort pas du tout. Elle se réfléchit et repart dans l'eau. Dans le cœur, la lumière rencontre la gaine sous un angle tout aussi rasant, si bien que le bord du cœur agit comme un miroir parfait.

Même dans le verre, la lumière va vite. Elle met environ 5 millionièmes de seconde par kilomètre, soit environ 200 000 km par seconde, les deux tiers de sa vitesse dans le vide. Sur les 160 km du dessin, cela fait 0,8 millième de seconde. Le dessin la fait avancer 6 000 fois plus lentement.

Sources: Nobel Prize: popular information, the physics prize (2009); Nobel Prize: scientific background, the physics prize (2009); ITU-T G.652: single-mode optical fibre and cable (2024); ITU-T G.114: one-way transmission time (2003); ITU-T G.694.1: spectral grids for WDM applications (2020)

Un régénérateur. Une photodiode transformait la lumière affaiblie en électricité, une carte électronique lisait les 1 et les 0 et les nettoyait, puis un nouveau laser les renvoyait sous forme de lumière neuve. Il travaillait sur une seule couleur, à 1,3 micromètre, une longueur d'onde où le verre perd plus de lumière. Les locaux se trouvaient donc à environ 40 km les uns des autres.

L'amplificateur à erbium est sorti d'un laboratoire de l'université de Southampton en 1987. Là-bas, 3 m de fibre contenant de l'erbium rendaient la lumière jusqu'à 630 fois plus forte. Depuis, des amplificateurs de ce type ont remplacé la plupart des régénérateurs.

Sources: ITU-T G.652: single-mode optical fibre and cable (2024); ITU-T G.692: optical interfaces for systems with optical amplifiers (1998); ITU-T G.977: optically amplified submarine cable systems (2015); ITU-T G.957: optical interfaces for SDH equipment and systems (2006); AT&T Technical Journal: lasers and photodetectors for submarine lightwave cables (1985); Electronics Letters: a low-noise erbium-doped fibre amplifier (1987); Nobel Prize: scientific background, the physics prize (2009)

La lumière transporte beaucoup plus. Elle peut porter des dizaines de milliers de fois plus d'informations que les ondes radio.

Le verre se moque aussi de la météo. Contrairement au cuivre, il ne craint pas la foudre, et contrairement à la radio, il ne craint pas le mauvais temps.

La même lumière, dans le même genre de verre, transporte aussi les appels sous les océans, avec des amplificateurs logés dans des caissons posés sur le fond marin.

Sources: Nobel Prize: popular information, the physics prize (2009); AT&T Technical Journal: lasers and photodetectors for submarine lightwave cables (1985)